§ 2. Прості та складні речовини

• До змісту відповідей

ПРИГАДАЄТЕ, ВИКОРИСТАЄТЕ

Які речовини називають простими, а які — складними?

Простими називають речовини, які утворені одним хімічним елементом (наприклад, $O_2$, $Fe$), а складними — речовини, що складаються з атомів двох або більше хімічних елементів (наприклад, $H_2O$, $CO_2$).

Чому метали, на відміну від неметалів, є подібними за більшістю фізичних властивостей?

Подібність фізичних властивостей металів (електропровідність, теплопровідність, металічний блиск, пластичність) зумовлена їхньою внутрішньою будовою: у кристалічних ґратках атомів металів електрони зовнішніх енергетичних рівнів можуть вільно переміщуватися по всьому об’єму кристала (металічний зв’язок).

Чим різняться між собою складні речовини?

Складні речовини різняться між собою своїм якісним складом (набором хімічних елементів), кількісним складом (співвідношенням атомів елементів) та внутрішньою будовою (молекулярна, йонна або атомна структура).

СТАРТУЄМО

1. Назвіть кілька простих речовин. Яким хімічним елементом утворена кожна з них?

Прикладами простих речовин є залізо (утворене хімічним елементом Ферумом, $Fe$), сірка (утворена Сульфуром, $S$) та кисень (утворений Оксигеном, $O$).

2. Яка із трьох «сфер» нашої планети — атмосфера, гідросфера чи літосфера — складається переважно з простих речовин?

Переважно з простих речовин складається атмосфера, оскільки її основними компонентами є гази азот ($N_2$) та кисень ($O_2$).

3. Для скількох хімічних елементів 1—2 періодів назви простих речовин відрізняються від назв елементів? Назвіть ці речовини.

Для п’яти хімічних елементів першого та другого періодів назви простих речовин відрізняються від назв самих елементів:

1. Водень (елемент Гідроген, $H$).
2. Вуглець (елемент Карбон, $C$).
3. Азот (елемент Нітроген, $N$).
4. Кисень та озон (елемент Оксиген, $O$).
5. Фтор (елемент Флуор, $F$).

4. Зробіть переклад двох речень українською: Hydrogen is a component of water molecule. Hydrogen has no colour, taste, smell. Поясніть різний переклад перших слів у реченнях.

• Переклад першого речення: «Гідроген є складником молекули води».
• Переклад другого речення: «Водень не має кольору, смаку та запаху».

Різний переклад слова Hydrogen пояснюється сучасною українською хімічною номенклатурою: у першому випадку йдеться про хімічний елемент (складову частину сполуки), тому вживається назва «Гідроген». У другому випадку йдеться про просту речовину та її фізичні властивості, тому вживається назва «водень».

ЩО ВИ ВЖЕ ЗНАЄТЕ З ХІМІЇ

Узгодьте назву речовини та температуру її плавлення: 1. Гелій, 2. Залізо, 3. Бром; А. –7, Б. +100, В. –272, Г. +1536.

Правильна відповідність:
1 — В (Гелій: $-272^\circ C$);
2 — Г (Залізо: $+1536^\circ C$);
3 — А (Бром: $-7^\circ C$).

Назвіть фізичні властивості графіту, які можна визначити за допомогою експерименту.

Експериментально можна встановити, що графіт — це тверда речовина сіро-чорного кольору з металічним блиском, вона м’яка (залишає слід на папері), жирна на дотик та добре проводить електричний струм.

Дізнайтеся з інтернету про значення карата в грамах. Чому, на вашу думку, ювеліри давно використовують карати замість грамів?

Один метричний карат дорівнює $0,2$ грама ($200$ мг). Ювеліри використовують цю одиницю вимірювання, тому що вона дозволяє зручніше та точніше оперувати масою дуже дрібних дорогоцінних каменів, де навіть незначні відхилення у вазі суттєво впливають на вартість.

Маса одного з найбільших алмазів — «Ексцельсіор» — 995,2 карата. Обчисліть масу цього алмаза в грамах.

Оскільки 1 карат = $0,2$ г, маса алмаза становить:
$995,2 \cdot 0,2 = 199,04 \text{ г}.$

Назвіть хімічний елемент, з атомів якого складаються прості речовини алмаз і графіт. Яка загальна назва простих речовин цього елемента?

Алмаз і графіт складаються з атомів хімічного елемента Карбону ($C$). Загальна назва цих речовин — прості речовини Карбону (алотропні модифікації Карбону).

У якій із цих речовин (гідроген пероксид $H_2O_2$, етиловий спирт $C_2H_5OH$, оцтова кислота $CH_3COOH$, глюкоза $C_6H_{12}O_6$) масова частка Оксигену найбільша, а в яких речовинах — однакова?

Найбільша масова частка Оксигену міститься у гідроген пероксиді ($H_2O_2$), оскільки тут на 2 атоми Гідрогену припадає 2 атоми Оксигену ($w(O) \approx 94\%$).
Масова частка Оксигену є однаковою в оцтовій кислоті ($CH_3COOH$) та глюкозі ($C_6H_{12}O_6$). Це пояснюється тим, що найпростіша формула обох речовин однакова — $CH_2O$, отже, співвідношення мас елементів у них ідентичне.

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про прості та складні речовини.

Прості речовини складаються з атомів одного хімічного елемента і поділяються на метали та неметали. Складні речовини (хімічні сполуки) утворені атомами різних хімічних елементів. Властивості речовин залежать від їхнього складу та будови.

Сформулюйте цікаве запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам / однокласницям. Зіставте свою і їхні відповіді та оцініть їх.

Приклад запитання: «Чому метали мають високу електропровідність, а неметали (за винятком графіту) — ні?»
Очікувана відповідь: Це пов’язано з наявністю у металах «електронного газу» — вільних електронів, які можуть переміщуватися в кристалічних ґратках. У більшості неметалів електрони міцно зв’язані з атомами і не можуть вільно рухатися.

ВАШІ ДОСЯГНЕННЯ І ВІДКРИТТЯ

ПЕРЕВІРМО СЕБЕ

1. Серед речовин, формули яких наведено, назвіть ті, що проводять електричний струм: $He$, $H_2$, $Cu$, $C$, $Al$, $Ar$, $Co$. Яке уточнення щодо однієї простої речовини необхідно вказати?

Електричний струм проводять метали: мідь ($Cu$), алюміній ($Al$) та кобальт ($Co$). Щодо Карбону ($C$) необхідно уточнити, що він проводить струм лише у вигляді алотропної модифікації — графіту.

2. Вставте назви хімічного елемента № 9 і його простої речовини у відповідних відмінках у речення.

«Проста речовина фтор складається з молекул, кожна з яких містить два атоми Флуору».

3. Чим можуть відрізнятися одна від одної складні речовини?

Складні речовини відрізняються якісним складом (види атомів), кількісним складом (кількість атомів кожного елемента), типом хімічного зв’язку та типом кристалічних ґраток.

ПОМІРКУЙМО

4. Назвіть складні речовини, дуже поширені в природі.

До найпоширеніших складних речовин належать вода ($H_2O$), вуглекислий газ ($CO_2$), силіцій(IV) оксид ($SiO_2$, пісок/кварц), кальцій карбонат ($CaCO_3$, крейда/вапняк).

5. Доведіть помилковість твердження «Найменшою частинкою простої речовини є хімічний елемент».

Хімічний елемент — це вид атомів із певним зарядом ядра, абстрактне поняття. Найменшою реально існуючою частинкою простої речовини, що зберігає її хімічні властивості, є атом (для речовин атомної будови, наприклад, $Fe$, $He$) або молекула (для речовин молекулярної будови, наприклад, $O_2$, $N_2$).

ПОМІРКУЙМО

6. Укажіть некоректність в описі складу медичного препарату.

Некоректність часто полягає у використанні назви простої речовини замість назви хімічного елемента. Наприклад, пишуть «Містить Залізо», маючи на увазі хімічний елемент Ферум у складі сполук, а не металеве залізо (шурупи чи ошурки).

АНАЛІЗУЙМО

7. Установіть відповідність між реченнями та значенням першого слова (А. Хімічний елемент, Б. Проста речовина).

1. Алюміній посідає третє місце… — А (Хімічний елемент, йдеться про поширеність атомів).
2. Алюміній використовують в електротехніці… — Б (Проста речовина, матеріал).
3. Алюміній перебуває в 3-му періоді… — А (Хімічний елемент, положення в періодичній системі).
4. Алюміній є компонентом легких сплавів — Б (Проста речовина, метал).

РОЗВ’ЯЗУЙМО ЗАДАЧУ

8. За формулою оцтової кислоти $CH_3COOH$ обчисліть: а) відносну молекулярну масу речовини; б) відношення кількості атомів хімічних елементів; в) масову частку Карбону в кислоті.

Дано:
Формула кислоти: $CH_3COOH$

Знайти:
а) $M_r(CH_3COOH) - ?$
б) $n(C) : n(H) : n(O) - ?$
в) $w(C) - ?$

Розв’язання:
а) $M_r(CH_3COOH) = 12 \cdot 2 + 1 \cdot 4 + 16 \cdot 2 = 24 + 4 + 32 = 60$.
б) У молекулі 2 атоми Карбону, 4 атоми Гідрогену та 2 атоми Оксигену.
$n(C) : n(H) : n(O) = 2 : 4 : 2 = 1 : 2 : 1$.
в) $w(C) = \dfrac{N(C) \cdot A_r(C)}{M_r(CH_3COOH)} = \dfrac{2 \cdot 12}{60} = \dfrac{24}{60} = 0,4$.

Відповідь: а) 60; б) 1:2:1; в) 0,4 (40%).

9. Обчисліть масу силану $SiH_4$, у якій міститься Гідроген масою 1 г.

Дано:
$m(H) = 1 \text{ г}$

Знайти:
$m(SiH_4) - ?$

Розв’язання:
$M_r(SiH_4) = 28 + 1 \cdot 4 = 32$.
У 32 масових частинах силану міститься 4 масові частини Гідрогену.
Складаємо пропорцію:
32 г $SiH_4$ — 4 г $H$
$x$ г $SiH_4$ — 1 г $H$
$x = \dfrac{32 \cdot 1}{4} = 8 \text{ г}$.

Відповідь: 8 г.

10. Установіть формулу сполуки Нітрогену з Оксигену, якщо її відносна молекулярна маса становить 46.

Дано:
$M_r(N_xO_y) = 46$

Знайти:
Формула - ?

Розв’язання:
Атомна маса $N=14$, $O=16$.
$14x + 16y = 46$.
Якщо $x=1$, то $16y = 46 - 14 = 32$, звідси $y = 2$.
Формула — $NO_2$.

Відповідь: $NO_2$.

ОЦІНЮЙМО СВОЇ ЗНАННЯ

11. Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.